Page 143 - 《爆炸与冲击》2026年第6期

第 46 卷 戴湘晖，等： 椭圆截面弹体斜侵彻混凝土弹道特性的数值研究 第 6 期

矩。弹体撞靶初期，如图 31(a) 所示，上下表面受力面积不对称，下半表面受力面积明显大于上半表面，
因而产生斜向上的合力，并形成顺时针方向偏转力矩，促使弹体开始顺时针偏转；当弹体逐渐侵入靶板
后，如图 31(b) 所示，顺时针偏转造成弹体挤压混凝土的趋势逐渐显现，进而伴随产生逆时针方向的纠偏
力矩，但由于偏转力矩明显大于纠偏力矩，合力矩还是维持顺时针方向，致使弹体偏转继续加剧；当弹体
几乎全部侵入靶板后，如图 31(c) 所示，纠偏力矩与偏转力矩达到平衡（对应角速度最大时刻），合力矩为
零；随着弹体继续侵彻，如图 31(d) 所示，上下表面受力面积差异消除，偏转力矩也随之减小，但由于此时
弹体仍以较大角速度顺时针偏转，纠偏力矩逐渐超越偏转力矩，合力矩转变为逆时针方向；此后在纠偏
力矩主导下弹体角速度逐渐减小，纠偏力矩也相应减小，受惯性效应影响，角速度和纠偏力矩在波动中
逐渐降为零，如图 31(e)～(f) 所示，弹体几乎以稳定姿态沿斜向直线侵彻直至结束。

F F
M M
Stress/Pa
1.200×10 9
1.080×10 9
9.600×10 8
8.400×10 8
(a) 0.019 962 ms (b) 0.119 97ms (c) 0.23 ms 7.200×10 8 8
6.000×10
4.800×10 8
3.600×10 8
2.400×10 8
1.200×10 8
M M M 0

(d) 0.619 97 ms (e) 2.0 ms (f) 3.04 ms

图 31 竖姿弹体侵彻过程受力分析
Fig. 31 Force analysis during the penetration process of the upright position projectile
将倾角对椭圆截面弹体弹道偏转的作用机理总结如下：弹体触靶瞬间，靶板倾角造成弹体下半表面
受力面积大于上半表面，产生顺时针方向的偏转力矩促使弹体开始偏转，同时，弹体顺时针偏转伴随产
生反向纠偏力矩，两个力矩此消彼长共同决定弹体的弹道偏转情况。
4.2 攻角对弹道偏转的作用机理
为了阐释攻角对弹道偏转的作用机理，取攻角 α = 6°这一典型工况，对椭圆截面弹体的运动及受力
情况进行分析，如图 32 所示。由于攻角的存在，弹体侵彻速度 v 可分解为轴向速度 v 和法向速度 v 。
i
a
n
侵彻初期，如图 32(a) 所示，法向速度造成弹体持续挤压下半表面的混凝土，从而产生反向作用力，同时攻
角还造成弹体下半表面的受力面积大于上半表面，又附加一个斜向上的作用力，最终弹体合力指向质心
上方，并形成顺时针方向的偏转力矩，促使弹体顺时针偏转，加剧弹道上偏；当弹体侵入靶板后，如图 32(b)
所示，顺时针偏转造成弹体挤压混凝土的趋势逐渐显现，进而产生逆时针方向的纠偏力矩，但由于偏转
角速度较小，且法向速度仍较大，弹体合力还是指向质心上方，合力矩还是维持顺时针方向，致使弹体顺
时针偏转继续加剧，角速度不断增大；当弹体几乎全部侵入靶板后，如图 32(c) 所示，纠偏力矩与偏转力
矩达到平衡（对应角速度最大时刻），合力矩为零；随着侵彻继续，如图 32(d) 所示，上下表面受力面积差
异消除，法向速度逐渐减小，偏转力矩也相应减小，但由于此时弹体仍以较大角速度顺时针偏转，纠偏力
矩逐渐超越偏转力矩，合力矩转变为逆时针方向；此后在纠偏力矩主导下弹体角速度逐渐减小，纠偏力
矩也相应减小，受惯性效应影响，角速度和纠偏力矩在波动中逐降为零，如图 32(e)～(f) 所示，弹体也几
乎以稳定姿态沿斜向直线侵彻直至结束。
将大攻角条件下（竖姿弹体大于 6°、平姿弹体大于 4°）椭圆截面弹体的弹道偏转机理总结如下：由
于攻角的存在，弹体速度可分解为轴向和法向速度分量，法向速度分量使弹体下半表面承受更大应力，
且攻角还导致弹体下半表面的受力面积大于上半表面，最终产生顺时针方向的偏转力矩促使弹体开始
偏转，同时，弹体偏转也会伴随产生反向纠偏力矩，两个力矩共同决定弹道偏转。

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